Комплексы железа являются эффективными катализаторами, способствующими фотохимического выделению водорода из воды.

Водород является многообещающим носителем энергии, который в перспективе может послужить источником энергии в водородных топливных ячейках. Главная помеха перехода к полноценной водородной энергетике заключается в том, что в существующее в настоящее время промышленное производство водорода основано на переработке нефтяного сырья. Такое производство отличается высокой стоимостью и приводит к выбросам углекислого газа в атмосферу.

Маттиас Беллер (Matthias Beller) из Института Катализа Лейбница (Росток, Германия) заявляет, что одна из главных целей химиков – использование солнечной энергии для получения энергоемких соединений, подобных водороду. Естественно, что наиболее привлекательным потенциальным источником водорода представляется вода. В группе Беллера разработана новая каталитическая система, которая позволяет приблизиться к желаемой цели. Исследователи сообщают, что система основана на относительно простых и недорогих карбонильных комплексах железа.

Вырабатывающие хлорофилл растения давно приспособились конвертировать энергию Солнца в химическую энергию. Процесс фотосинтеза основан на сложном каскаде химических реакций, активирующихся светом; высвобождающиеся на световой стадии электроны участвуют в темновой стадии фотосинтеза, переходя от одного субстрата к другому. Подобный принцип исследователи всего мира пытаются применить к фотоинициируемым каскадным химическим реакциям восстановления воды.

Наиболее важные компоненты, разработанного Беллером нового каскада превращений следующие: фотосенсибилизатор, источник электронов (электронодонор) и катализатор восстановления воды. Фотосенсибилизатор поглощает падающий свет, улавливая его энергию, после чего электронодонор передает электрон на возбужденный фотосенсибилизатор. Отрицательно заряженный фотосенсибилизатор отдает электрон на катализатор восстановления воды, после чего катализатор восстанавливает водород, входящий в состав воды, выделяя водород.

Успех нового процесса фотовосстановления воды обусловлен тем, что все компоненты системы подобраны таким образом, чтобы осуществлять наиболее эффективное взаимодействие. Исследователи выбрали известный иридийсодержащий фотосенсибилизатор; в роли донора электронов выступает триэтиламин. В то время как большая часть исследователей сконцентрировала свои усилия на восстановлении воды с помощью драгоценных металлов, исследователи из Ростока выбрали приемлемую альтернативу – простые и коммерчески доступные карбонильные комплексы железа (например, Fe_3(CO)12).

Беллер отмечает, что новая каталитическая система демонстрирует возможность получения водорода из воды с помощью простых и доступных комплексов железа. Он добавляет, что в настоящее время его группа работает над увеличением эффективности фотосенсибилизатора и изучением возможности применения самой воды в качестве донора электронов – эти исследования направлены на потенциальное масштабирование нового процесса.